|
Индукционная плавка металлов на средних частотах получила быстрое развитие за рубежом практически во всех индустриально развитых странах, а также в последние годы и в России благодаря высокой технологической эффективности этого способа. Значительный прогресс в развитии индукционных плавильных агрегатов достигнут за счет создания энергонасыщенных индукционных тигельных печей (ИТП), работающих на частотах 250-2400 Гц. Если в печах промышленной частоты проблематично осуществить подвод энергии на уровне 350-400 кВт на 1 т металла в течение всего цикла плавки, то на средних частотах этот показатель вырастает вдвое и достигает уровня 700-1000 кВт на 1 т металла. При этом темп роста температуры металла значительно увеличивается (оптимальная скорость подъема температуры металла составляет 30-35С/мин.), сокращаются циклы плавки в ИТП до 40-45 минут, что способствует повышению качества отливок, а также сокрщается расход электроэнергии до уровня 500-520 кВтчас/т.
Современные гибкие литейные производства, построенные по модульному принципу, позволяют максимально диверсифицировать литейное производство при минимальных затратах. Плавильные агрегаты в составе всего комплекса литейного оборудования являются наиболее дорогими модулями, поэтому они должны быть несменными при изменении схемы организации литейного производства, а значит, должны обладать высокой универсальностью при реализации технологических процессов плавки различных металлов и сплавов, а также иметь высокую адаптивность в модульных схемах организации литейного производства. Наиболее полно требованиям универсальности и адаптивности отвечают индукционные печи, в которых можно получать практически любые сплавы с высокой точностью химического состава и гомогенностью, т.к. они имеют крайне низкий угар элементов и обеспечивают интенсивное перемешивание металла.
Технологические возможности и эффективность индукционной плавки в тигельных печах в в значительной мере определяются способом организации электропитания (СЭП). Специфичным требованием к таким СЭП является обеспечение возможности группового питания токами средней частоты одновременно работающих печей. Для этой цели используются многоэнергоканальные преобразователи частоты, которые осуществляют независимое управление потоком энергии каждой ИТП [1, 4]. Учитывая то, что каждая ИТП является периодическим потребителем электроэнергии, организация синхронной их работы с фазовым сдвигом графиков потребления электроэнергии в технологическом цикле работы каждой печи может быть получен эффект стабилизации общего потребления электроэнергии, поэтому установленная мощность оборудования групповой СЭПСЧ может быть снижена на 40 % по отношению к индивидуальным системам электропитания. Чрезвычайно важным требованием к СЭПСЧ при индукционной плавке является обеспечение возможности управления силовым воздействием электромагнитных полей на ванну расплава металла для организации управляемого активного перемешивания металла на разных стадиях технологического процесса плавки. Силовое воздействие индуцируемых токов по мере роста частоты значительно уменьшается и становится недостаточным для создания конвективных потоков на средних частотах. При плавке больших объемов тяжелых металлов требуется воздействие электромагнитного поля низкой частоты (десятки Герц), которое вызывает повышенное удельное силовое давление в глубинных слоях ванны расплава металла, способствующее интенсивному перемешиванию и выравниванию температуры по всему объему расплава. Метод двух частот весьма эффективен при получении нержавеющих и инструментальных сталей, а также для сплавов, имеющих состав металлов с резко дифференцированной плотностью выплавляемых в проводящих или полупроводящих тиглях. Для реализации этого метода разработана ГСЭПСЧ на основе двухчастотных инверторов, обеспечивающих одновременное возбуждение токов низкой и высокой частоты в ИТП и независимое их регулирование за счет эффекта резонанса токов в параллельном нагрузочном контуре на высокой частоте и эффекта резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре на низкой частоте [3]. Авторами разработаны силовые схемы одно-, двух- и трехинверторных преобразователей частоты, а также предложены способы их управления, которые позволяют формировать двухчастотное электромагнитное поле в рабочих объемах ИТП.
Обмотку индуктора в печах вместимостью более 6 тонн целесообразно выполнять секционированной, а питание каждой секции осуществлять от независимого энергетического канала преобразователя [5]. Такой способ электропитания открывает новые технологические возможности управления процессом плавки металлов. При этом за счет глубокого регулирования потоков энергии в каждой секции осуществляется технология фокусирования тепловыделения в различных зонах тигля печи, что способствует ускорению процесса плавки. Для организации активного перемешивания металла на стадии легирования и теплосохранения путем синхронизированной модуляции низкочастотного тока в секциях индуктора создается бегущее низкочастотное поле по вертикальной оси печи и создаются интенсивные конвективные потоки металла по всему рабочему объему печи. Применение многоинверторных двухчастотных преобразователей для питания группы одновременно работающих печей позволяет значительно повысить эффективность плавильной системы, увеличить ее производительность и расширить технологические возможности, обеспечив автоматический перевод печей из режима интенсивной плавки с большим потреблением активной энергии в режим миксера с активным перемешиванием металла и малым потреблением энергии, необходимой для поддержания требуемой температуры расплава. Российской элект-ротехнологической компанией разработаны индукционные тигельные печи серии ИППМ вместимостью от 1 до 10 тонн и освоено производство всего комплекса периферийного оборудования, необходимого для эффективной и надежной работы плавильной системы. В состав комплекса оборудования, как правило, входит одна или две ИТП, преобразователь частоты, силовой трансформатор с ячейкой ввода высоковольтного питания, блоки конденсаторов для компенсации реактивной мощности печей, система двухконтурного охлаждения оборудования, система гидроподъема печей, система дымоудаления, а также системы автоматического управления процессом плавки, системы контроля состояния футеровки печей, системы диагностики оборудования и системы контроля качества потребления электроэнергии.
Важным аспектом в вопросе модернизации плавильных агрегатов для литейного производства является перевод индукционных печей промышленной частоты на питание от источников тока средней частоты. В связи с этим должно быть найдено компромиссное техническое решение, которое реализуется с минимальными переделками и затратами на дополнительное оборудование. Современные разработки фирмы «РЭЛТЕК» в области систем электропитания печей средней частоты позволяют предложить для этой цели фазоинверсные преобразователи частоты (ПЧФИ), которые позволяют, максимально используя оборудование ИТППЧ, в частности, блок конденсаторов низкой частоты (БКНЧ) и сетевой трансформатор, реализовать двухчастотный метод плавки [2].
Модернизация существующих индукционных печей промышленной частоты предложенным способом позволит устранить присущие им недостатки и значительно повысить их технологическую эффективность при относительно небольших затратах.
Предприятием «РЭЛТЕК» разработаны и производятся двухпостовые двухчастотные индукционные плавильные установки серии УИПД с печами вместимостью 3, 6, 8 и 10 т. Плавильные установки снабжены цифровыми системами управления. Контроль процесса плавки обеспечивается компьютерной системой, осуществляющей рациональную стыковку всех видов технологических операций. Использование таких систем управления позволяет снизить напряженность труда и повысить производственную надежность индукционных плавильных установок. Применение гибких индукционных систем плавки металлов с широкими функциональными возможностями открывает новые перспективы повышения эффективности и качества металлургических процессов, что чрезвычайно важно в рыночных условиях производства.
|
|
